(57)【要約】【課題】  広帯域化を図ることができるとともに、通過帯域外では大きな減衰量を確保でき、さらに安価で製造し易い、広帯域の圧電フィルタを提供する。【解決手段】  圧電基板の主表面に分割ストリップ状の入出力電極と対向する共通アース電極を形成したエネルギ閉じ込め型の２ポールフィルタを２組形成したものである。それぞれ圧電基板の一表面に近接して配置された入出力電極が形成されるとともに、対向する裏面にアース電極が形成された第1および第2の２ポールフィルタを具え、第1の２ポールフィルタの出力電極が第2の２ポールフィルタの入力電極と接続されるとともに、それらの接続点に一端が接続され、他端が接地されたコンデンサを具えた圧電フィルタにおいて、それぞれの2ポールフィルタは、入出力電極が3本のほぼ平行なストリップ電極で構成され、両側の2本のストリップ電極が接続されて入力電極または出力電極とされ、中央の1本のストリップ電極が出力電極または入力電極とされる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板の一表面に近接して配置された入出力電極が形成されるとともに、対向する裏面にアース電極が形成された２ポールフィルタからなる圧電フィルタにおいて、
入出力電極は3本のほぼ平行なストリップ電極で構成され、両側の2本のストリップ電極が接続されて入力電極または出力電極とされ、中央の1本のストリップ電極が出力電極または入力電極とされることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項２】
それぞれ圧電基板の一表面に近接して配置された入出力電極が形成されるとともに、対向する裏面にアース電極が形成された第1および第2の２ポールフィルタを具え、第1の２ポールフィルタの出力電極が第2の２ポールフィルタの入力電極と接続されるとともに、それらの接続点に一端が接続され、他端が接地されたコンデンサを具えた圧電フィルタにおいて、
それぞれの2ポールフィルタは、入出力電極が3本のほぼ平行なストリップ電極で構成され、両側の2本のストリップ電極が接続されて入力電極または出力電極とされ、中央の1本のストリップ電極が出力電極または入力電極とされることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項３】
第１の２ポールフィルタと第２の２ポールフィルタが異なる圧電基板表裏面に形成され、それらの圧電基板が重ねられた請求項２記載の圧電フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯域通過フィルタ等として利用される圧電フィルタに係るもので、特に、圧電厚み縦効果を有しており、かつ、同相対称−逆相対称振動モードの結合を利用した二重モードの圧電フィルタの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、帯域通過フィルタ（バンドパスフィルタ）として種々のタイプが用いられており、圧電効果を利用した圧電フィルタにも多くの種類がある。数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ帯の周波数領域においては、小型化が容易であり、コストも安価な二重モード圧電フィルタが主に用いられている。この種の二重モード圧電フィルタは、実公昭５８−２１２１９号公報などに開示されている。
【０００３】
図７は厚み縦振動を利用した従来の圧電フィルタの正面断面図を示すものである。圧電フィルタは、厚み方向に分極処理された圧電セラミック板７1を有しており、その圧電基板７1に表面（上面）には一対の励振電極７2、７3が形成されており、裏面（下面）には圧電セラミック板７1を介して励振電極７2、７3と対向するように共通のアース電極７4が形成されている。表面の一方の励振電極７2と共通アース電極７4との間に入力信号を印加し、圧電セラミック板７1の厚み縦振動を励振させる。これによって圧電セラミック板７1に機械的な振動が励振され、図７1（ｂ）に示す対称モードと、図７1（ｃ）に示す反対称モードが発生し、これらの２つのモードが結合されて帯域通過フィルタが構成される。出力は、励振電極７3と共通アース電極７4との間で取り出される。
【０００４】
図８は、入力側のインピーダンス特性例の一つを示す。ここで、圧電セラミック板の厚み＝207μm、入出力電極７2、７3の長さ＝0.8mm、電極幅0.45mm、電極間隔0.2mmとした場合、図８の細線に出力端開放の場合を示すが、この場合には対称モードのみが存在する。太線で示す出力端短絡の場合では、対称モード（共振ｂ）と反対称モード（共振ｃ）が同時に存在する。負荷時の波形は開放時と短絡時の波形の間にあるため、対称モード（ｂ）と反対称モード（ｃ）間の区域のインピーダンス特性が平坦となり、通過帯域が形成される。
【０００５】
選択度を高めるために、実用的なフィルタにおいては、図９に示したように、２つの２ポールフィルタF1、F2と結合コンデンサCからなる４ポールフィルタ構造が採用されている。図９では、２つの２ポールフィルタF1、F2と結合容量Cとを１枚の圧電セラミック基板に配置する構造を示している。小型化を図るためにリング状スペーサを介して２つの２ポールフィルタを厚み方向に重ねるような構造を用いる場合もある（特開2002−368578号公報参照）。
【特許文献１】実公昭５８−２１２１９号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ラジオ・テレビ放送のデジタル化に伴い、中間周波フィルタとして使用される二重モードフィルタはより広い帯域幅が求められている。従来の圧電フィルタでは、対称モードと反対称モードの結合の強さは図７における励振電極７2、７3間の間隔に依存し、この間隔の大きさにより対称モードと反対称モードの周波数差が決定され、通過帯域が決まることになる。すなわち、広帯域のフィルタを得るには、励振電極７2、７3の間隔を狭くして２つのモードの結合度を高め、かつ２つのモードの周波数差を大きくする必要があった。他方、励振電極７2、７3の間隔を小さくするに伴い、圧電フィルタにおける入出力電極間の静電容量が増加し遮断域の減衰量が低下したり、リップルが発生し易くなるといった問題のほか、狭い間隔を形成するにはコストの高い精密パターン形成工程が必要とされる。
【０００７】
本発明は、上述の従来の問題点を解消して広帯域化を図ることができるとともに、通過帯域外では大きな減衰量を確保でき、さらに安価で製造し易い、広帯域の圧電フィルタを提供するものである。また、その設計の自由度を向上させるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、入出力電極の構造を改良することによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、それぞれ圧電基板の一表面に近接して配置された入出力電極が形成されるとともに、対向する裏面にアース電極が形成された第1および第2の２ポールフィルタを具え、第1の２ポールフィルタの出力電極が第2の２ポールフィルタの入力電極と接続されるとともに、それらの接続点に一端が接続され、他端が接地されたコンデンサを具えた圧電フィルタにおいて、それぞれの2ポールフィルタは、入出力電極が3本のほぼ平行なストリップ電極で構成され、両側の2本のストリップ電極が接続されて入力電極または出力電極とされ、中央の1本のストリップ電極が出力電極または入力電極とされることを特徴を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、同相対称−逆相対称二重モード圧電フィルタを利用することによって、結合を強くし、その結果広帯域を実現しながら低損失とすることができる。また、構造、電位とも完全に対称になるので、スプリアスを少なくすることができる。そのうえ、波形特性を調整することができるので、構造設計の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明による圧電フィルタの構成要素は、圧電基板に形成される二つの２ポールフィルタで構成され、これらの結合によって多重モードフィルタが構成される。二つの２ポールフィルタは直列に接続されて接続点は容量を介して接地されている。２ポールフィルタの入出力電極は３本のストリップ電極で構成されて両側の2本が中央の1本をはさむ構造に形成されている。二つの２ポールフィルタは同一の圧電基板に構成されるものでも、異なる基板に構成されて重ねられる構成のものでもよい。また、２ポールフィルタを単独で使用することもできる。
【実施例】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。大きな帯域幅を得るために、図７に示す従来の二重モードフィレタに代えて、図１(a)、(b)のような構造を考案した。圧電フィルタは、厚み方向に分極された圧電基板11を有する。圧電基板11の上面には。３本の電極12、13a、13bが平行に形成されており、両側にある励振電極13aと13bが接続され、１つの励振電極13となる。電極下面には励振電極12、13と圧電基板11を介して対向するように共通アース電極14が形成されている。
【００１２】
使用に際しては、上側の一方の励振電極12と共通アース電極との間に入力信号を印加し、圧電基板11の厚み振動を励振させる。出力は、励振電極13とアース電極14との間で取り出される。この場合、圧電基板11が励振され、図1（ｃ）に示す対称モードと図1(d)に示す振動モードが生じ、これら双方のモードが結合されてフィルタ帯域が構成される。振動モード（ｄ）は従来の反対称モードの二個分が対称的に分布するので、ここでは逆相対称モードと呼ぶ。それに対して、振動モード（ｃ）は同相対称モードと呼ぶ。両側にある励振電極13と共通アース電極14との間に入力信号を印加し、出力は中央部励振電極12とアース電極14との間で取り出される場合にも、同じ振動モードが得られる。
【００１３】
上述した同相対称−逆相対称モードは従来の対称−反対称モードに比べて次のメリットが考えられる。
（1）入力電極12（または13）と出力電極13（または12）の振動は両方向から結合されるので、低挿入損失、広帯域のフィルタを構成することができる。
（２）構造的な面だけでなく、厚み振動を励振させる場合、電位分布や振動モードも完全に対称となるので、帯域内のスプリアスを少なくできる。
【００１４】
図２（a）は中央の励振電極12と共通アース電極14との間に入力信号を印加し、両側の励振電極13がそれぞれ開放と短絡する場合の入力側のインピーダンス特性を示す。図２（ｂ）はその逆に、両側の励振電極13から入力した場合のインピーダンス特性を示す。出力短絡の低域側の共振aは図１（ｃ）に示す同相対称モードであり、高域側の共振ｂは図１（ｄ）に示す逆相対称モードである。この結果から、どちらから入力しても同相対称−逆相対称の二重モードを強く励振することができる。また、二重モードの周波数差が図８に示す従来の対称−反対称二重モードより大分大きいので、広帯域圧電フィルタになる可能性が裏付けられた。上記の二重モードを効率良く励振させるには、中央電極12の幅が両側電極13より大きいほうがよい。
【００１５】
図３は二つの上記２ポールフィルタから構成される４ポルフルタの例を示す平面図である。すなわち、同一の電極形状を有する二つの2ポールフィルタF1、F2が同一の圧電基板の表面に対称に形成され、第1の２ポールフィルタF1の励振電極2aと第２の２ポールフィルタF2の励振電極2bがフィルタF1、F2の中間にある中継電極5と接続され、中継電極5と基板の裏面にある共通アース電極4との間に結合コンデンサが形成されており、第1の２ポールフィルタF1の励振電極3a−3bと第2の2ポールフィルタF2の励振電極3ｃ−3dはそれぞれ入力電極パッドと出力電極パッドに接続される。
【００１６】
図4はその逆の接続例である。第1の２ポールフィルタF1の励振電極3a―3bと第2の2ポールフィルタF2励振電極3c―3dがフィルタF1、F2の中間にある中継電極5と接続され、中継電極5と基板の裏面にある共通アース電極4との間に結合コンデンサが形成されており、第1の２ポールフィルタF1の励振電極2a第2の2ポールフィルタF2の励振電極2ｂはそれぞれ入力電極パッドと出力電極パッドに接続される。上記４ポールフィルタのいずれにしても、F1とF2の入力方向が逆であり、例えば、フィルタF1には外側電極3a−3bから入力する場合、Ｆ２の入力電極は中央電極2bとなる。したがって、上記の４ポールフィルタのインピーダンス特性は図２(a)と図２（ｂ）の合成とみてもよい。
【００１７】
図５は外側電極3a−3bを入力電極とした場合の帯域通過特性である。図6はそのワイドレンジの波形である。この結果から、遮断域の減衰量を確保しながら、3dB帯域幅が約700kHzほど大きく、従来の二重モードフィルタでは実現できない特性が得られた。また、中央電極2a（または2ｂ）と両側電極3a−3b(または3c−3d)の幅の比を調整することによって波形特性の微調整もできるので、設計自由度も向上できる。中央電極2aを入力電極とした場合は、図５とほぼ同じ特性が得られるが、波形のバランスを良くする最適寸法は若干異なる。
【００１８】
本発明による圧電フィルタは、上記の例に限られるものではなく、独立して2枚の圧電基板に形成した2ポールフィルタをリング状のスペーサを介して重ねた構造とすることもでき、それによって小型化もできる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明による圧電フィルタは、ラジオ・テレビ用のIFフィルタをはじめとして、広帯域が要求される圧電フィルタに広く応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による圧電フィルタ平面図（a）と正面断面図（ｂ）〜（ｄ）
【図２】本発明による圧電フィルタの特性の説明図
【図３】本発明の実施例を示す平面図
【図４】本発明の他の実施例を示す平面図
【図５】本発明による圧電フィルタの特性の説明図
【図６】本発明による圧電フィルタの特性の説明図
【図７】従来の圧電フィルタの正面断面図
【図８】従来の圧電フィルタの特性の説明図
【図９】従来の圧電フィルタの平面図
【符号の説明】
【００２１】
F1、F2：２ポールフィルタ
11：圧電基板
12、13：入出力電極
14：共通アース電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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